在储能技术发展过程中,锂金属正负极电池的实际应用会涉及到多元的电、力、热复杂几何结构的耦合作用。
——电子科技大学的特聘研究员王欣全
2023年10月31日至11月2日,SNEC第八届(2023)国际储能技术和装备及应用(上海)大会在上海举行。会上,电子科技大学的特聘研究员王欣全博士带来题为“锂电池健康状态的在线监控与自愈修复技术”的分享。
在储能技术发展过程中,锂金属正负极电池的实际应用会涉及到多元的电、力、热复杂几何结构的耦合作用,在电芯、模组之间存在从材料到极片到电芯、到电池组再到使用环境的跨尺度行为。从化学体系的创新到工业界的应用落地,过程是十分漫长和困难的,从新技术、储能技术、到储能应用的落地,需要学术界和工业界深度融合的发展,真正形成我国能源创新领域的核心竞争力。
第一层面,从材料到电池、模组、系统,是一个复杂而且高度耦合的过程,这就导致了非线性衰减。在这个过程中,应尽量控制材料和电芯的异质性,但在真正运用过程中,非异质性很难避免。怎样通过数字孪生手段和实时传感器的数据和模型,尽量做到提前预警,这是在实际应用中最核心的问题。例如来自不同供应商的3.2Ah18650锂电池,电池从重量、能量、内阻上都有相同的规格,从常规上看不出来差别,但是稍微对电压、电量分析可以发现,这些电芯在硅含量上存在明显差异,甚至有的批次含有硅,有的批次不含有硅。对于电池管理来说,是通过电压来标定容量的,当SOC小于30%,硅的存在对电压和容量之间的对应关系是非常敏感的,这势必对整体电源管理、寿命预测造成很大的困扰。
第二层面,在各种传感器的研究中,电池内部在极片之间的集成一种内置传感器,与传统的传感器相比,它的响应速度快82%,测量精度高33%,可以实时监测不同电流下电池的温度状态。
他预测,在整体传感器领域里,未来会形成从有缘到无缘、从有线到无线的整体的发展趋势,比如不同类型的温度、硬力和气体的传感,并且结合数字孪生,最先在热方向进行预警。另外,无线传感的技术和智能电池智能管理将融合发展,并且借鉴医学科学通过开发自愈性来提高电池寿命和安全性。
第三层面,在正极侧,通过高分子连接器的作用,一种高电压的正极材料里面可抑制颗粒的划痕。比如在极片上出现一个11.584V颗粒划伤后,高分子的黏合剂可以将划痕降低至2.54。所以这些自愈修复的技术帮助未来与感应技术相结合,当前电池向智慧能源的方向发展,自愈修复、未来传感器检测配发、自愈组份向内配发等将会形成一个市场。
(北极星储能网根据现场速记整理,未经嘉宾审核)